地球的起源课件

普通地质学第第2 2章章 地球的起源地球的起源 普通地质学第2章 地球的起源|地球的起源、太阳系的起源、宇宙的起源，这些问题一直是天文学家、哲学家以及广大科学爱好者关注着的问题。对于这些问题的认识，人类也是由近及远、由表及里不断探索的。随着科学技术的发展，人类的眼界越来越开阔，掌握的证据越来越多，认识也就越来越深入。第2章 地球的起源地球的起源、太阳系的起源、宇宙的起源，这些问题一直是天文学家地球的起源是地球科学的基本课题之一，它地球的起源是地球科学的基本课题之一，它探讨地球的形成，即在什么时候，由什么物探讨地球的形成，即在什么时候，由什么物质，以什么方式，经历什么过程。质，以什么方式，经历什么过程。地球是太阳系的一员，它的起源和太阳系的地球是太阳系的一员，它的起源和太阳系的起源基本是一个问题。不过由于人类定居在起源基本是一个问题。不过由于人类定居在地球上，对它的了解远比对其他星体的了解地球上，对它的了解远比对其他星体的了解要详细得多，因此研究地球起源问题，资料要详细得多，因此研究地球起源问题，资料也最丰富。研究地球的起源不仅由于它的哲也最丰富。研究地球的起源不仅由于它的哲学意义，也由于地学中许多重要现象的根本学意义，也由于地学中许多重要现象的根本原因都要到地球的形成过程中去寻求答案。原因都要到地球的形成过程中去寻求答案。例如：地球内部的构造和例如：地球内部的构造和资源分布资源分布，地震的，地震的成因等等。成因等等。地球的起源是地球科学的基本课题之一，它探讨地球的形成，即在什2.1 2.1 宇宙的起源宇宙的起源战国尸佼：天地四方曰宇往古来今曰宙2.1 宇宙的起源战国尸佼：天地四方曰宇宇宙宇宙宇宙宇宙尸佼的宇宙：四方上下曰宇尸佼的宇宙：四方上下曰宇 古往今来曰宙古往今来曰宙现代关于宇宙的认识|哲学意义上的宇宙：无限宇宙|天文学意义上的宇宙：有限宇宙（可观测宇宙、我们的宇宙）宇宙尸佼的宇宙：四方上下曰宇地球的起源课件地球的起源课件哈勃定律V=HoDHo 哈勃常数哈勃年龄=1/Ho哈勃定律V=HoD 作为自然科学研究的具体对象，作为自然科学研究的具体对象，作为自然科学研究的具体对象，作为自然科学研究的具体对象，宇宙是一个有限的客观存在。这样宇宙是一个有限的客观存在。这样宇宙是一个有限的客观存在。这样宇宙是一个有限的客观存在。这样一个宇宙，应该有它的开端。一个宇宙，应该有它的开端。一个宇宙，应该有它的开端。一个宇宙，应该有它的开端。|宇宙是怎样开端的呢？作为自然科学研究的具体对象，宇宙是一个有限的客观存在 宇宙的起源|宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。直至20世纪，有两种“宇宙模型”比较有影响，一是稳态理论，一是大爆炸理论.宇宙的起源宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是大爆炸理论大爆炸理论又称又称“大爆炸宇宙学大爆炸宇宙学”大爆炸理论又称“大爆炸宇宙学”19291929年，哈勃年，哈勃(E.P.Hubble,1889-1953)(E.P.Hubble,1889-1953)|根据观测到的河外星系正在退行的资料，根据观测到的河外星系正在退行的资料，提出：一个星系退行的速度和它与我们提出：一个星系退行的速度和它与我们(地球地球)的距离成正比，即离得愈远退行的距离成正比，即离得愈远退行愈快。这个发现告诉我们，我们周围的愈快。这个发现告诉我们，我们周围的星系正在四散离开，也可以说我们已知星系正在四散离开，也可以说我们已知的宇宙正在膨胀。的宇宙正在膨胀。1929年，哈勃(E.P.Hubble,1889-195爱因斯坦爱因斯坦(Albert Einstien,1879-1955)(Albert Einstien,1879-1955)在在19161916年提出的广义相对论年提出的广义相对论|演绎出宇宙在膨胀的理论。演绎出宇宙在膨胀的理论。|哈勃的发现被认为是对这些理论的验哈勃的发现被认为是对这些理论的验证。以后的天文观测继续有新的发现，证。以后的天文观测继续有新的发现，证明宇宙在膨胀，曾测到有的河外星证明宇宙在膨胀，曾测到有的河外星系之间，正以每小时系之间，正以每小时2,500,000km2,500,000km的速的速度在拉开距离。度在拉开距离。爱因斯坦(Albert Einstien,1879-19|宇宙为什么会膨胀呢？宇宙为什么会膨胀呢？|膨胀的宇宙会不会是爆炸的膨胀的宇宙会不会是爆炸的产物呢？产物呢？比利时天文学家勒梅特比利时天文学家勒梅特(G.E.Lematre,1894-1966)(G.E.Lematre,1894-1966)19271927年就提出：年就提出：宇宙为什么会膨胀呢？比利时天文学家勒梅特(G.E.Lemat|宇宙的全部物质，当初都集中在一个宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原始原子原始原子”(或称宇宙蛋或称宇宙蛋)里，异常里，异常紧密，温度约紧密，温度约10103232KK，绝对温度，绝对温度1 1亿亿亿亿亿度亿亿亿度|显然这只能维持极其暂短的平衡，一显然这只能维持极其暂短的平衡，一旦平衡破坏，就发生大爆炸，原始原旦平衡破坏，就发生大爆炸，原始原子迅速膨胀，逐渐扩展成为我们的宇子迅速膨胀，逐渐扩展成为我们的宇宙宙BIG BANGBIG BANG大爆炸大爆炸宇宙的全部物质，当初都集中在一个“原始原子”(或称宇宙蛋)里|大爆炸后大爆炸后1 1秒钟，温度降到秒钟，温度降到10101010KK，粒子间的强相互作用、，粒子间的强相互作用、弱相互作用、电磁力和引力开始弱相互作用、电磁力和引力开始分开。分开。|在高温下处于基本粒子状态的在高温下处于基本粒子状态的物质，随着温度的降低，聚合成物质，随着温度的降低，聚合成各类原子各类原子现在认识：现在认识：大爆炸后1秒钟，温度降到1010K，粒子间的强相互作用、弱地球的起源课件约在大爆炸后约在大爆炸后约在大爆炸后约在大爆炸后50-10050-10050-10050-100万年万年万年万年|热核爆炸|首先由电子和质子合成氢原子|接着是氦原子也大量生成|随后其他所有元素的原子从轻到重依次聚合而成(达到1%以上的元素铁钴镍为极限)约在大爆炸后50-100万年热核爆炸爆炸后爆炸后爆炸后爆炸后100100100100万年到万年到万年到万年到20202020亿年亿年亿年亿年|逐步形成各类天体星系逐步形成各类天体星系爆炸后100万年到20亿年逐步形成各类天体星系宇宙大爆炸的证据宇宙大爆炸的证据:|爆爆炸炸形形成成的的宇宇宙宙一一直直在在降降温温，恒恒星星是是在在降降到到40000K 40000K 以下时才开始形成以下时才开始形成|现现在在测测得得最最老老的的星星系系的的年年龄龄都都只只有有100100多多亿亿年，符合这个理论的推断。年，符合这个理论的推断。|特特别别是是盖盖莫莫夫夫，1904-1968)1904-1968)预预言言：在在大大爆爆炸炸的的特特殊殊宇宇宙宙背背景景下下产产生生出出来来的的微微波波辐辐射射，至至今今还还存存在在于于宇宇宙宙空空间间中中，其其温温度度应应已已降降低低到到只有绝对温度几度。只有绝对温度几度。宇宙大爆炸的证据:爆炸形成的宇宙一直在降温，恒星是在降到4彭兹亚斯彭兹亚斯彭兹亚斯彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933-)(A.A.Penzias,1933-)(A.A.Penzias,1933-)(A.A.Penzias,1933-)和和和和威尔逊威尔逊威尔逊威尔逊(R.W.Wilson,1936-)(R.W.Wilson,1936-)(R.W.Wilson,1936-)(R.W.Wilson,1936-)发现：发现：发现：发现：|19641964年，威尔逊山上一台高灵敏度年，威尔逊山上一台高灵敏度的射电天文望远镜，在各个方向都测的射电天文望远镜，在各个方向都测得一种得一种3K3K的微波背景辐射。大爆炸的微波背景辐射。大爆炸理论得到了有力的支持。理论得到了有力的支持。|为此他们得到了为此他们得到了19781978年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖金理学奖金。彭兹亚斯(A.A.Penzias,1933-)和威尔逊(|现现在在测测得得的的不不同同天天体体上上氦氦的的丰丰度度，即即它它在在天天体体中中的的含含量量，一一般般都都达达到到30%30%左左右右，仅仅仅仅太太阳阳上上那那种种氢氢合合成成氦氦的的作作用用，是是不不能能造造出出这这么么多氦的，而大爆炸能做到多氦的，而大爆炸能做到|因因爆爆炸炸而而使使星星系系间间的的距距离离拉拉开开，更更已已是是熟熟知知的事实的事实|天文观测中已多次记录到超新星爆炸天文观测中已多次记录到超新星爆炸|另另外外新新近近得得到到的的两两个个黑黑洞洞撞撞击击爆爆炸炸的的信信息息，都可以作为佐证。都可以作为佐证。其它证据：其它证据：其它证据：其它证据：现在测得的不同天体上氦的丰度，即它在天体中的含量，一般都达到宇宙的爆炸：宇宙的爆炸：宇宙的爆炸：巨蛇座鹰状星云巨蛇座鹰状星云(M16)(M16)恒星在这里诞生恒星在这里诞生 麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星云(约约约约50505050万岁的万岁的万岁的万岁的“婴儿婴儿婴儿婴儿”恒星恒星恒星恒星)超新星遗迹超新星遗迹超新星遗迹超新星遗迹(大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的大麦哲伦星云中的1987A1987A1987A1987A超星型超星型超星型超星型)天琴座环状星云天琴座环状星云天琴座环状星云天琴座环状星云(中心为白矮星中心为白矮星中心为白矮星中心为白矮星)巨蛇座鹰状星云(M16)麒麟座玫瑰星云 NGC7742星云星云 哈哈勃勃眼眼中中的的宇宇宙宙 NGC7742星云 哈勃眼中的宇宙 宇宙大爆炸宇宙大爆炸理论理论|1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的炽热的”奇点奇点”于于150亿年前一次大亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。之处。宇宙大爆炸理论1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细大爆炸宇宙产生示意图大爆炸宇宙产生示意图大爆炸宇宙产生示意图地球的起源课件史蒂芬史蒂芬.霍金霍金史蒂芬史蒂芬霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰出的科学家。黑洞理论和杰出的科学家。黑洞理论和“大爆炸大爆炸”理论的创立理论的创立人，著名的人，著名的时间简史时间简史的作者。的作者。17岁时的霍金患病后只能永远坐在轮椅上并岁时的霍金患病后只能永远坐在轮椅上并且失去了语言能力，这位全身只有三个手指能动的且失去了语言能力，这位全身只有三个手指能动的残疾人，却依靠惊人的毅力完成了一系列惊人的关残疾人，却依靠惊人的毅力完成了一系列惊人的关于大爆炸和黑洞的理论。于大爆炸和黑洞的理论。霍金预言宇宙的两种结局：霍金预言宇宙的两种结局：1、会永远的膨胀下去。、会永远的膨胀下去。2、或者会塌缩而在大挤压处、或者会塌缩而在大挤压处 终结终结史蒂芬.霍金 史蒂芬霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰出大胆猜测：宇宙的将来大胆猜测：宇宙的将来或者会塌缩而在大挤压处终结或者会塌缩而在大挤压处终结 永远膨胀下去永远膨胀下去，不不断地扩大，我们断地扩大，我们将看到所有星系的星球老化、死亡，剩将看到所有星系的星球老化、死亡，剩下我们孤零零的，在一片黑暗当中。下我们孤零零的，在一片黑暗当中。大胆猜测：宇宙的将来或者会塌缩而在大挤压处终结 宇宙中的天体和物质宇宙中的天体和物质宇宙中的天体和物质|从地球的角度来看，好像遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言，宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以说每一点都是中心，又没有一点是中心（解释得最好的是一幅画：三维空间的切割）。我们最好把它想象成星系间的空间在伸长或膨胀，而不是星系在空间中运动。这一点与我们日常生活中见到的源于一点的爆炸不同。从地球的角度来看，好像遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是地球的起源课件地球的起源课件地球的起源课件地球的起源课件地球的起源课件East China Normal University大爆炸后因为整个体系在不断膨胀，结果温度在不断下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素。化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到 100 万度后，早期形成化学元素的过程结束。East China Normal University大爆East China Normal University这时，宇宙间的主要物质是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度下降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。East China Normal University这时 上述观测事实无论在定性上还是在定量上都同大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在着一些未解决的困难问题。East China Normal University 上述观测事实无论在定性上还是在定量上都同大爆炸理论的存在问题存在问题|宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设，只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢？存在问题宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当总结总结：1、星系运动的特点：、星系运动的特点：所有的星系都在离我们而去，星系所有的星系都在离我们而去，星系离我们越远，运动的速度越快，星离我们越远，运动的速度越快，星系间的距离在不断地扩大系间的距离在不断地扩大。2、现在的宇宙处于现在的宇宙处于 不断的膨胀之中不断的膨胀之中总结：1、星系运动的特点：所有的星系都在离我们而去，星系离我利用最新太空望远镜数据，模拟显示出从银河利用最新太空望远镜数据，模拟显示出从银河系以外看到的银河系图像系以外看到的银河系图像利用最新太空望远镜数据，模拟显示出从银河系以外看到的银河系图地球的起源课件|太阳系是太阳和以太阳为中心，受它的引太阳系是太阳和以太阳为中心，受它的引力支配而环绕它运动的天体所构成的系统力支配而环绕它运动的天体所构成的系统|在太阳系的总质量中，太阳约点在太阳系的总质量中，太阳约点99.8%。太阳是太阳系唯一能够自身发光的天体。太阳是太阳系唯一能够自身发光的天体。|按照同太阳距离的由近而远的顺序，依次按照同太阳距离的由近而远的顺序，依次为为水星、金星、地球、火星、木星、土星、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星天王星、海王星。它们的总质量只有太阳。它们的总质量只有太阳的的1/750|冥王星已经不算是一颗行星冥王星已经不算是一颗行星2.2太阳系的起源太阳系是太阳和以太阳为中心，受它的引力支配而环绕它运动的天体太阳系家族成员太阳系家族成员太阳系家族成员地球的起源课件|位居太阳系九大行星末席位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星，自发现之日起地位就多年的冥王星，自发现之日起地位就备受争议。经过天文学界多年的争论以及本届国际天文学联合会备受争议。经过天文学界多年的争论以及本届国际天文学联合会大会上数天的争吵，冥王星终于大会上数天的争吵，冥王星终于“惨遭降级惨遭降级”，被驱逐出了行星，被驱逐出了行星家族。从此之后，这个游走在太阳系边缘的天体将只能与其他一家族。从此之后，这个游走在太阳系边缘的天体将只能与其他一些差不多大的些差不多大的“兄弟姐妹兄弟姐妹”一道被称为一道被称为“矮行星矮行星”|根据国际天文学联合会大会根据国际天文学联合会大会24日通过的新定义日通过的新定义，“行星行星”指的是指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。|按照新的定义，太阳系行星将包括水星、金星、地球、火星、木按照新的定义，太阳系行星将包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它们都是在星、土星、天王星和海王星，它们都是在1900年以前被发现的。年以前被发现的。|根据新定义，同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道根据新定义，同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为附近其他物体的天体被称为“矮行星矮行星”。冥王星是一颗矮行星冥王星是一颗矮行星。其他围绕太阳运转但不符合上述条件的物体被统称为其他围绕太阳运转但不符合上述条件的物体被统称为“太阳系小太阳系小天体天体”。2006年年8月月24日国际天文学联合会大会投票日国际天文学联合会大会投票决定，放弃将冥王星之外的太阳系八大行星决定，放弃将冥王星之外的太阳系八大行星称为称为“经典行星经典行星”的说法，从而确认太阳系的说法，从而确认太阳系只有只有8颗行星，冥王星遭到颗行星，冥王星遭到“降级降级”。位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星，自发现之日起地位就备太阳太阳太阳水星Mercury金星Venus火星Mars天王星Uranus海王星Neptune地球Earth土星Saturn木星Jupiter水星Mercury金星Venus火星Mars天王星Uranu|八八大行星，分为大行星，分为地内行星地内行星和地外行星，或和地外行星，或类地行类地行星星、类木行星类木行星|类地行星的质量、体积都比较小，平均密度较大，类地行星的质量、体积都比较小，平均密度较大，自转速度慢，化学组成以重物质为主，有固体表自转速度慢，化学组成以重物质为主，有固体表面，岩石，金属等重元素居多，表面温度高，卫面，岩石，金属等重元素居多，表面温度高，卫星数少；星数少；|类木行星的质量、体积都比较大，平均密度较小，类木行星的质量、体积都比较大，平均密度较小，化学组成以轻物质为主，没有固体表面，含氦、化学组成以轻物质为主，没有固体表面，含氦、氖、碳、氧等轻元素，表面温度低。氖、碳、氧等轻元素，表面温度低。八大行星，分为地内行星和地外行星，或类地行星、类木行星行星行星质量质量体积体积密度密度公转周期公转周期 自转周期自转周期 卫星数卫星数水星水星0.050.0565.4687.9d58.6d 0金星金星0.820.8565.26224.7d243d 0地球地球1.001.0005.521a23h56m 1火星火星0.110.1503.961.9a24h37m 2木星木星317.941316.01.3311.8a9h50m 61土星土星95.18745.000.7029.5a10h14m 31天王星天王星 14.665.201.2484.0a约16h 21海王星海王星 17.257.101.66164.8a约18h 11冥王星冥王星 0.00240.0091.50247.9a6d9h 1行星质量体积密度公转周期自转周期卫星数水星0.050.056八大行星的运动特点 同向：同向：近面：近面：近圆：近圆：九大行星绕日公转方向和自转方向一致。九大行星公转轨道平面接近于同一平面。九大行星公转轨道近似于圆形。八大行星的运动特点 同向：近面：近圆：九大行星绕日 太阳系形成至今至少有46亿年，这一点已被公认。然而，太阳系的成因尚属探讨中的问题。太阳系由何而来？至今已有五十多种不同的学说或假设，但就其实质而言，大致可归结为两大阵垒-灾变说和星云说。灾变说的实质是认为太阳系大体是在一次突然的巨大的剧变中产生的，太阳先于行星和卫星形成；星云说则主张整个太阳系包括太阳都是由同一块星云物质凝聚而成的。太阳系形成至今至少有46亿年，这一点已被公认。（1）星云假说 太阳系星球物质，初时都是大量基本微粒，充满整个宇宙空间。由于万有引力作用，使这些原始弥漫的星云物质逐渐分别凝聚，从而形成包括地球在内的太阳系各天体。（1）星云假说（1 1）星云假说）星云假说）星云假说）星云假说形成太阳系的物质基础是弥漫星云形成太阳系的动力是星云的自引力德国哲学家康德1755年提出 法国天文学家拉普拉斯1796年提出（1）星云假说形成太阳系的物质基础是弥漫星云 形成太阳系的动|太阳系形成的星云假说，最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出。这个理论认为太阳系是在46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。研究古老的陨石追溯到的元素显示，只有超新星爆炸的心脏部分才能产生这些元素，所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩，因而触发了太阳的诞生。太阳系形成的星云假说，最早是在1755年由康德和1796年由康德星云说康德星云说q宇宇宙宙中中的的原原始始弥弥漫漫物物质质在在万万有有引引力力作作用用下下逐逐渐渐凝凝聚聚，形形成成太阳系内的各天体。太阳系内的各天体。拉普拉斯星云说拉普拉斯星云说拉普拉斯吸积假说拉普拉斯吸积假说q旋旋转转的的热热气气体体冷冷却却收收缩缩，由由于于离离心心力力作作用用形形成成盘盘状状，离离心心力大于引力形成圆环，圆环内分离凝聚成行星。力大于引力形成圆环，圆环内分离凝聚成行星。拉普拉斯吸积假说拉普拉斯吸积假说康德星云说拉普拉斯吸积假说 “康德康德拉普拉斯星云说拉普拉斯星云说”认为：认为：太阳系是由一块星云收缩形成的，先形太阳系是由一块星云收缩形成的，先形成的是太阳，然后，剩余的星云物质进成的是太阳，然后，剩余的星云物质进一步收缩演化，形成地球等行星。一步收缩演化，形成地球等行星。推理证据推理证据:八大行星绕日公转的轨道平面大多接八大行星绕日公转的轨道平面大多接近于同一平面近于同一平面,且同向和近圆且同向和近圆 “康德拉普拉斯星云说”认为：太阳系是由一块星云收缩|被认定为原太阳星云的地区就是日后将形成太阳系的地区，直径估计在7,000至20,000天文单位，而质量仅比太阳多一点（多至太阳质量）。当星云开始塌缩时，角动量守恒定律使它的转速加快，内部原子相互碰撞的频率增加。其中心区域集中了大部分的质量，温度也比周围的圆盘更热。当重力、气体压力、磁场和自转作用在收缩的星云上时，它开始变得扁平成为旋转的原行星盘，而直径大约200天文单位，并且在中心有一个热且稠密的原恒星。被认定为原太阳星云的地区就是日后将形成太阳系的地区，直径估计East China Normal University太阳系起源的星云假说q行星轨道的共同特征：同向性，共面性，近圆性q星云假说的基本论点v形成太阳系的物质基础是弥散星云；v形成太阳系的动力来源是万有引力。q意义：在“僵化的自然观上打开第一个缺口”（恩格斯语）。East China Normal University太阳太阳系起源示意图1.太阳星云2.星云变成扁 球形3.原始太阳和 圆环体 4.太阳和行星 的形成5.太阳系East China Normal University太阳系起源示意图East China Normal Univ （2）俘获假说 这是前苏联学者施密特于1946年提出的。他认为原始太阳随银河系公转，在经过有大量星际物质弥漫的空间（暗星云）时，俘获了一部分气体和尘埃物质，将它们吸引在周围，成为行星的物质来源，逐渐形成包括地球在内的九大行星。（2）俘获假说（2 2）俘获假说）俘获假说）俘获假说）俘获假说星云物质约六、七十亿年前，太阳将某星云中的一部分吸引到自己周围而形成太阳系。（2）俘获假说星云物质约六、七十亿年前，太阳将某星云中的一太阳系形成太阳系形成太阳系形成太阳系形成受太阳风影响，离日较近的部分，较轻的元素被驱逐到较远的位置上，因此类地行星质量小而密度大。距日较远的类木行星质量大而密度小。行星周围的残余物质在较小的范围内重演行星的形成过程，产生卫星。太阳系形成受太阳风影响，离日较近的部分，较轻的元素被驱逐 （3）布逢碰撞说 银河系中一颗快速运动的恒星撞击原始太阳，溅起大量物质，成为行星的物质来源，积聚形成包括地球在内的九大行星。（3）布逢碰撞说 （4）金斯潮汐说 在另一颗恒星经过太阳旁边时，把太阳物质吸引出来形成一条状星云，后来此条状星云在环绕太阳旋转中，分裂凝聚增大密度而成行星。外来星外来星太阳太阳太阳太阳 （4）金斯潮汐说外来星太阳太阳 大型强子对撞机可能揭开宇宙起源之谜大型强子对撞机可能揭开宇宙起源之谜|位于瑞士日内瓦近郊欧洲粒子物理研究中心，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室共同出资合建。|包含一个圆周为27km的圆形隧道，位于地下50至150m之间。隧道直径3m，位于同一平面上，贯穿瑞士与法国边境。|一旦大型强子对撞机开始运行，大约7000 块磁铁被液氦冷却到绝对温标以下，维持在超导状态运行，引导并聚焦着两个质子束流。质子束流的速度可达光速的99.9999991%。每个质子携带的能量将达到7万亿电子伏特，相当于质子静止质量所含能量的7000倍（参照爱因斯坦质能公式E=mc2）。大型强子对撞机可能揭开宇宙起源之谜 位于瑞士日内瓦近郊欧空中俯瞰欧洲核子研究中心空中俯瞰欧洲核子研究中心空中俯瞰欧洲核子研究中心太阳系太阳系(solar system):太阳、太阳、8(9)颗行星、颗行星、66颗卫星及无数的小行星、彗星及陨星组成颗卫星及无数的小行星、彗星及陨星组成行星行星:水星（水星（mercury）、金星（金星（venus）、地球（地球（earth）、火星（火星（mars）、木星木星(jupiter)、土星（土星（saturn）、天王星（天王星（uranus）、海王星（海王星（neptune）和和冥王星冥王星（pluto?）太阳系(solar system):太阳、8(9)颗行星、6|类地行星(terrestrial planets):g/cm3），体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐（silicate），具有固体外壳。|类木行星(jovian planets):离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星及冥王星，它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。类地行星(terrestrial planets):g/c|小行星（asteroid）：在火星与木星之间有100000个以上的小行星（即由岩石组成的不规则的小星体），推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。|陨星：存在于行星之间，成分是石质或者铁质。小行星（asteroid）：在火星与木星之间有100000个太阳系主要天体特征 太阳系主要天体特征 East China Normal University太 阳q日地平均距离：1.496 108km（即一个天文单位）q大小：半径约700 000km（为地球半径的109倍）q表面积：地球表面积的12 000倍 q体积：地球体积的1 300 000倍q质量：1.9891030kg（约为地球质量的33万倍）East China Normal University太 East China Normal University太阳系的组成q八大行星v水星，金星，地球，火星，土星，天王星，海王星。q其他成分v小行星，卫星，彗星，流星体等。East China Normal University太阳East China Normal University太阳在银河系中的位置和运动q位于银道面附近。银河为周天的环带。太阳在银河系内偏距银盘的一侧，向银心所在方向，太阳距银盘边缘约万光年；向银心相反方向，太阳距银盘边缘约万光年。太阳在银河系中的的运动v相对于银心的旋转，其速度为250km/s，绕转周期为亿年；v相对于邻近恒星的运动：太阳系以20km/s 的速度向武仙座方向（近织女星）前进，此方向所指的点谓之奔赴点。East China Normal University太阳银河系银河系银河系银河系银河系 河系结构俯视图：河系结构俯视图：图中十字符号代图中十字符号代表银心；三条短表银心；三条短黄线是太阳附近黄线是太阳附近的三条旋臂的三条旋臂银河系结构侧银河系结构侧视图图中红点视图图中红点代表太阳代表太阳）East China Normal University 河系结构俯视图：图中十字符号代表银心；三条短黄线是太阳附近地球是从哪儿来的？它一开始就是现在这个模样吗？?人们常常思考的一个问题地球是从哪儿来的？?人们常常思考的一个问题第二节太阳和太阳系第二节太阳和太阳系太阳太阳太阳系太阳系第二节太阳和太阳系太阳太阳系2.3地球的起源地球的起源是地球科学的基本课题之一，它地球的起源是地球科学的基本课题之一，它探讨地球的形成，即在什么时候，由什么物探讨地球的形成，即在什么时候，由什么物质，以什么方式，经历什么过程。地球是太质，以什么方式，经历什么过程。地球是太阳系的一员，它的起源和太阳系的起源基本阳系的一员，它的起源和太阳系的起源基本是一个问题。不过由于人类定居在地球上，是一个问题。不过由于人类定居在地球上，对它的了解远比对其他星体的了解要详细得对它的了解远比对其他星体的了解要详细得多，因此研究地球起源问题，资料也最丰富。多，因此研究地球起源问题，资料也最丰富。研究地球的起源不仅由于它的哲学意义，也研究地球的起源不仅由于它的哲学意义，也由于地学中许多重要现象的根本原因都要到由于地学中许多重要现象的根本原因都要到地球的形成过程中去寻求答案。例如：地球地球的形成过程中去寻求答案。例如：地球内部的构造和内部的构造和能源分布能源分布，地震的成因等等。，地震的成因等等。2.3地球的起源地球的起源是地球科学的基本课题之一，它探讨2.3 2.3 地球的起源地球的起源|地球的起源自古以来一直是人们关心的问题。在古代，人们就曾探讨过包括地球在内的天体万物的形成问题，关于创世的各种神话也广为流传。自1543年，波兰天文学家哥白尼提出了日心说之后，天体演化的讨论才开始步入科学范畴，逐渐形成了诸如星云说，遭遇说等学说。但事实上，任何关于地球起源的假说都有待证明。|地球形成于几十亿年以前，初期的痕迹在地面上已很难找到了，以后的历史面貌也极为残缺不全。若想从现在的地球面貌往前一步一步地推出它的原始情况，困难极大。任何地球起源的假说都包含有待证明的假设。正由于此，不同的假说常常分歧很大。200多年来，地球起源的假说曾提出过几十种。到了人造卫星时代，可直接探测的领域已扩展到行星际空间。这个问题的探索也进入到一个新的活跃阶段。2.3 地球的起源地球的起源自古以来一直是人们关心的问题。在地球上地球上地球上地球上4000040000年前陨石坑年前陨石坑年前陨石坑年前陨石坑地球上40000年前陨石坑1)46亿年前太阳星云中分化形成原始地球，尚无圈层分异。2)原始一旦形成，地球内部达到熔融状态时，逐渐地：亲铁元素比重大而下沉形成铁镍地核；亲石元素上浮组成地幔和原始地壳；更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始大气圈、水圈。地球圈层的形成地球圈层的形成地球内圈层的形成地球内圈层的形成1)46亿年前太阳星云中分化形成原始地球，尚无圈层分异。地原始高温均质状态原始高温均质状态形成层圈结构形成层圈结构发生重力分异作用发生重力分异作用原始地球形成过程原始地球形成过程原始地球形成过程原始地球形成过程原始高温均质状态形成层圈结构发生重力分异作用原始地球形成过程|地球形成之初，由于：|小星体碰撞地球把大量的动能转换为热能|地球本身压缩，内部压力升高使地球升温|地球内部放射性元素蜕变放出大量热|大约在40亿年前，地球接近于均质体。以上三种方式产生的热使地球温度达到1000以上。铁和镍首先融化形成金属层，同时硅酸盐也开始软化。于是密度大的铁、镍形成较大的液态熔滴下沉至地心形成地核；较轻的硅铝、硅镁物质上浮，冷却后形成原始地壳；二者之间的铁镁硅酸盐构成地幔。在长期的重力分异作用下，地核不断增大，因其内热不易散失，致使外核始终保持液态。地球形成之初，由于：地球的起源课件地球外圈层的形成地球外圈层的形成 1.大气圈大气圈 地球形成的早期曾存在一个原始大气圈，成分以地球形成的早期曾存在一个原始大气圈，成分以氢、氦为主，与宇宙中其他天体一样。由于离太阳氢、氦为主，与宇宙中其他天体一样。由于离太阳比较近，且质量较小，产生的万有引力也小，在太比较近，且质量较小，产生的万有引力也小，在太阳风的作用下很快就散失了。阳风的作用下很快就散失了。现今地球大气圈形成与地球内部析气作用密切相现今地球大气圈形成与地球内部析气作用密切相关。一是陨石冲击事件使地球表面温度升高，岩石关。一是陨石冲击事件使地球表面温度升高，岩石中的挥发组分分离出来，形成现今大气圈雏形的一中的挥发组分分离出来，形成现今大气圈雏形的一部分；二是地球的排气作用（如火山喷发）大量气部分；二是地球的排气作用（如火山喷发）大量气体聚积在固体地球的外部，形成体聚积在固体地球的外部，形成大气圈大气圈，大气圈富，大气圈富含含H2O、CO、C2O、NH3、CH4，缺少氧。，缺少氧。地球初地球初始的大气圈属于具有火山气体成分的强还原性大气始的大气圈属于具有火山气体成分的强还原性大气圈。圈。水蒸汽不断受太阳紫外线的作用，逐渐分解出水蒸汽不断受太阳紫外线的作用，逐渐分解出氢和游离氧，游离氧在原始大气圈的上层聚集，最氢和游离氧，游离氧在原始大气圈的上层聚集，最终形成连续的终形成连续的臭氧臭氧(O3)层层，臭氧层吸收并反，臭氧层吸收并反射大量射大量紫外线，从而为地面出现生命创造条件。紫外线，从而为地面出现生命创造条件。地球外圈层的形成 原始水圈中除原始水圈中除H2O外，还含有大量火山喷发外，还含有大量火山喷发的酸性物质的酸性物质(HCl、HF)等，这种酸性水融解等，这种酸性水融解能力强，有利于原始地壳中的硅酸盐物质的能力强，有利于原始地壳中的硅酸盐物质的分解，并从中析出各种元素和化合物，为地分解，并从中析出各种元素和化合物，为地面出现多种沉积作用和形成沉积矿产面出现多种沉积作用和形成沉积矿产创造条创造条件件2.水圈水圈水圈的形成于大气圈的形成相似。在陨石冲击下，水圈的形成于大气圈的形成相似。在陨石冲击下，陨石和地球上岩石中大量的结晶水从矿物结构中分陨石和地球上岩石中大量的结晶水从矿物结构中分离出来，形成大量的蒸汽。随着陨石冲击事件逐渐离出来，形成大量的蒸汽。随着陨石冲击事件逐渐减少，地球表面温度开始下降，水蒸气凝结成水降减少，地球表面温度开始下降，水蒸气凝结成水降落到地面落到地面，形成，形成原始的水圈原始的水圈。当然，火山喷发和岩当然，火山喷发和岩浆冷却结晶成岩的过程也会产生水进入水圈。浆冷却结晶成岩的过程也会产生水进入水圈。原始水圈中除H2O外，还含有大量火山喷发的酸性物质(H大气圈和水圈成分的演化大气圈和水圈成分的演化|藻类生物对原始大气圈成分的演化有着重要的影藻类生物对原始大气圈成分的演化有着重要的影响响藻类光合作用以制造氧，形成藻类光合作用以制造氧，形成CO2以及以及N2等气体。等气体。反应方程为：反应方程为：2COO2CO2CH42O2 CO22H2O4NH33O2 2N2H2O氧化生成的氧化生成的N2及多余的氧在大气中聚积，原始大气及多余的氧在大气中聚积，原始大气成分向现在大气成分转化。同时大气圈中一部分成分向现在大气成分转化。同时大气圈中一部分CO2溶于水，使水中的碳酸盐含量增加，从而导致溶于水，使水中的碳酸盐含量增加，从而导致石灰岩石灰岩和和白云岩白云岩形成。而藻类的繁殖有利于海水形成。而藻类的繁殖有利于海水的的PH值增加，碱性增强，促使硅酸盐类矿物的分值增加，碱性增强，促使硅酸盐类矿物的分解，析出解，析出SiO2，导致，导致硅质岩硅质岩的形成。的形成。大气圈和水圈成分的演化水圈：水圈：ArAr早期已形成早期已形成，因为在，因为在Ar1中出现玄武岩和砾岩中出现玄武岩和砾岩Pt2由还原由还原氧化氧化Ar:缺氧的还原性大气缺氧的还原性大气（广泛出现含金（广泛出现含金-铀砾岩）铀砾岩）Pt1早期早期:缺氧到含氧过渡缺氧到含氧过渡（纹带状硅铁组合（纹带状硅铁组合早期藻类早期藻类释放出的释放出的O2被被Fe2+吸收而沉淀）吸收而沉淀）Pt1晚期：逐渐含氧，叠层石大量发育晚期：逐渐含氧，叠层石大量发育Pt2：含氧大气圈形成，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积：含氧大气圈形成，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积层、膏盐沉积和可燃有机岩，但是层、膏盐沉积和可燃有机岩，但是Pt2-3:海相沉积中原生海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气中白云岩大量发育，反映当时大气中CO2比比Ar低，但仍比低，但仍比现在高现在高早期大气圈和水圈的特征水圈：Ar早期已形成，因为在Ar1中出现玄武岩和砾岩Ar:地球的年龄|最早尝试用科学方法探究地球年龄的是英国物理学家哈雷。他提出，研究大洋盐度的起源，可能提供解决地球年龄问题的依据。1854年，德国伟大的科学家赫尔姆霍茨根据他对太阳能量的估算，认为地球的年龄不超过2500万年。1862年，英国著名物理学家汤姆生说，地球从早期炽热状态中冷却到如今的状态，需要2000万至4000万年。这些数字远远小于地球的实际年龄，但作为早期尝试还是有益的。地球的年龄|到了20世纪，科学家发明了同位素地质测年法，这是测定地球年龄的最佳方法，是计算地球历史的标准时钟根据这种办法，科学家在澳大利亚西南部找到的最古老的岩石（石英岩），根据同位素测得其中所含矿物（锆石）有41-42亿年。这种岩石和矿物只能来自于地壳的硅铝质部分，而且必须经过地面流水的搬运和沉积作用过程。而且，最古老岩石并不一定是地球出世时留下来的最早证据，不能代表地球的整个历史。这是因为，婴儿时代的地球是一个炽热的熔融球体，最古老岩石是地球冷却下来形成坚硬的地壳后保存下来的。到了20世纪，科学家发明了同位素地质测年法，这是测定地球年龄|20世纪70年代人类登上月球，科学家测定取自月岩标本，发现月球的年龄在44至46亿年之间。于是，根据目前最流行的太阳系起源的星云说，太阳系起源同一性的基本原理，可以推断地球也是在46亿年前形成的。然而，这是依靠间接证据推测出来的。事实上，至今人们还没有在地球自身上发现确凿的“档案”，来证明地球已经“活了”46亿年。20世纪70年代人类登上月球，科学家测定取自月岩标本，发现月作业：P14 1,2,3作业：谢谢！The End谢谢！The End